纤维素综述
纤维素合酶的结构及纤维素的合成过程
纤维素合酶的结构及细胞壁中纤维素的合成过程（综述）莫文洲(中国农业大学农学与生物技术学院植物108，1001080823)摘要：纤维素地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源，，植物纤维素的生物合成需要多个纤维素合成酶与其他相关酶，本文综述了从蛋白结构和基因组成上总结了纤维素合酶的特点以及植物细胞壁中纤维素合成的过程。
关键词：纤维素合酶纤维素的合成纤维素是地球上数量最多的有机大分子物质，是构成细胞壁的基础物质，占初生细胞壁物质的20%~30%。
纤维素分子是由β（1-4）连接的D-葡聚糖组成的高分子聚合物，并通过分子内氢键使其形成一种类螺旋状的结构。
随着社会的快速发展，人类对植物纤维的需求激增，而过度利用自然界的植物纤维资源将对人类生存造成极大的破坏。
植物纤维素生物合成机制的研究对材质改良，木材定向培育以及农业、造纸等化工业都十分重要。
而纤维素主要有纤维素合酶来合成，所以对植物纤维素台酶基因及其蛋白的研究显得更有价值。
要掌握纤维素合成酶基因的调控。
1.纤维素合酶的结构1.1纤维素合酶蛋白结构特点在不同植物的纤维素合成中，不同的纤维素合成酶(CesA)基因的具体作用是不同的，并且在纤维素的生物合成中，需要多个纤维素合成酶基目的共同作用。
纤维素的糖基转移酶有两个催化位点。
所有的CesA和Csl蛋白都具有跨膜蛋白的特征，在N一端与C一端具2个或多个跨膜区域，其中间为亲水胞内区，CesA与Csl蛋白之间最大的同源性出现在中间胞内区。
植物纤维素合成酶的N末端一段氨基酸可形成一个特殊的结构域，类似于锌指状或LIM 转录因子构向，此种该结构域具有保守序列CxxC(半胱氨酸氨一x 半胱氨酸氨)，与蛋白间的相互作用有关。
其次，植物纤维素合成酶包含有2个高变区，其中一个在N端，约150个氨基酸残基，富含酸性氨基酸，另一个在A 区与B区之间，约5O个氨基酸。
A 区和B区是植物纤维素合成酶基因所特有的保守区，A 区含有几个保守的天冬氨酸残基，排列特征为Dx⋯xDxD(D 为天冬氨酸)。
细菌纤维素
应用前景
作为缓释剂，应用于西药、中药、中成药 作为增强材料，提高ZnO、金磁微粒等在细 ZnO 菌、传感器的作用 作为载体与生物芯片结合，拓展其在肿瘤、 癌症诸多方面的检测、诊断和治疗作用
发酵的调控
在纤维素的合成中，尿苷葡萄糖为合成细菌纤 维素的直接前体，而6-磷酸葡萄糖作为分支点，既 可进一步合成纤维素，又可进入磷酸戊碳循环或经 柠檬酸循环继续氧化分解，经过戊糖循环和葡萄糖 异生途径，也可通过生成6-磷酸葡萄糖，进一步转 化为纤维素，因此，在细菌纤维素的发酵生产中， 可采用适当方法来抑制或阻断戊糖的形成，使碳源 转向纤维素的合成，从而提高原料的利用率和转化 率，达到提高细菌纤维素产量的目的。
细菌纤维素的生产菌株
产纤维素细菌 杆菌属、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌 属、固氮菌属、气杆菌属和产碱菌属。其中 木醋杆菌是最早发现也是研究较为透彻的纤 维素产生菌株，可以利用多种底物生长，是 目前已知合成纤维素能力最强的微生物菌株。
培养基及培养条件
木醋杆菌C544的发酵条件和培养基成分 产纤维素适宜温度范围为25℃￣31℃,30℃时纤维素产量最 高; 适宜的初始pH值范围为5.5￣7.0,在pH6.0时纤维素产量最高。 优化出的培养基配方为:葡萄糖5.0%(w/v)、大豆蛋白胨 0.9%(w/v)、Na2HPO4·12H2O0.8%(w/v)及柠檬酸0.5%(w/v) 在最佳发酵条件下纤维素最大产量可达7.79g/L,是优化前产 量的3.52倍。 当基础培养基中加入10%(w/v)甘露醇作为碳源时,发酵终点 的pH值为4.50,对纤维素的合成有利,纤维素产量达到9.33g/L, 是优化前产量的4.22倍。
培养基及培养条件
醋杆菌C2的最适碳源为蔗糖,D-甘露糖醇, 最适氮源为蛋白胨,酵母粉,无机盐为MgSO4·7H2O 和柠檬酸三钠; 发酵最佳工艺为 :p H5.0 ,2 0℃ 发酵时间 5～ 7d 使用优化后的培养基配方,醋杆菌C2的纤维素产量 可达9.5g/L 产酶最佳培养基配方为:蔗糖7%,酵母膏0.7%,蛋白 胨1.1%,MgSO4·7H2O 0.2%,柠檬酸三钠0.1%。)
细菌纤维素的研究现状(综述)
﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡关于细菌纤维素研究现状的综述院系： 材料科学与工程学院 材料0707班姓名： 秦 伟学号： 20070236指导教师： 彭碧辉 老师细菌纤维素研究现状[摘要]: 本文从细菌纤维素的合成入手，列举了细菌纤维素合成研究过程中的研究点，其中包括了对合成过程的研究、发酵工艺及设备的改进以及细菌纤维素复合材料的研究等，最后对未来细菌纤维素发展趋势作出了展望。
[关键词]:细菌纤维素；发酵工艺；细菌纤维素复合材料The Bacterial cellulose researchsituation[abstrcat]: From the synthesis of bacterial cellulose, liststhe synthesis process of bacterial cellulose research points,including the synthesis process of the research, the fermentation process and equipment improvement and bacterial cellulose composites for future research, development trend of bacterial cellulose is forecasted.[key words]: bacteria cellulose; Fermentation; bacteria cellulose composites细菌纤维素发现至今已有100多年的历史，由于对其物理特性了解不够充分，以致应用受到限制。
最近十几年，随着对其生物合成机制的深入了解以及发酵条件的改善，加速了细菌纤维素的工业应用。
细菌纤维素[1](bacterial cellulose, BC),是由β-1, 4-糖苷键连接而成的天然聚合体,细菌纤维素的化学纯度非常高,具有良好的生物可降解性;它具有精致的天然超微纤维网状结构,这种网状结构是由一种天然形成的纳米纤维构成,其直径仅为 1. 5 nm。
【文献综述】纤维素酶的概述
文献综述生物工程纤维素酶的概述【摘要】纤维素作为地球上分布广，含量丰富的碳水化合物，它的降解是自然界碳素循环的中心环节。
纤维素的利用和转化对于解决目前世界能源危机，粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。
本文就纤维素酶的应用进行一个简要的概述。
【关键词】纤维素酶；纤维素酶的实际应用：应用前景1. 纤维素的概况1.2 纤维素酶的分类纤维素酶的组成比较复杂,通常所说的碱性纤维素酶是具有3～10 种或更多组分构成的多组分酶。
根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3 类: 外切β- 1, 4-葡聚糖苷酶( 简称CBH) 、内切β-1, 4- 葡聚糖苷酶( 简称EG)和β- 1, 4- 葡萄糖苷酶( 简称BG) [1]。
在这3 种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖。
到目前为止, 还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。
碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶, 只具有内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 又称CMC酶) 的活性, 有的还与中性CMC 酶组分共存[2]。
1.3 纤维素酶的作用机理纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时, 可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质, 有利于动物胃肠道的消化吸收[3]。
同时, 纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌, 补充内源酶的不足, 并对内源酶进行调整, 保证动物正常的消化吸收功能, 起到防病、促生长的作用, 消除抗营养因子,促进生物健康生长。
半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液, 增加消化物的粘度, 对内源酶造成障碍, 而添加纤维素酶可降低粘度, 增加内源酶的扩散, 提高酶与养分接触面积, 促进饲料的良好消化。
而纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物, 在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物, 从而使消化道内的消化作用得以顺利进行[4]。
细菌产生的纤维素酶(综述)
细菌产生的纤维素酶（综述）严鸿林 译自British Microbiology Research Journal，Vol. 3(2013)，№3：235～258张配配 校 唐彩琰 制表中图分类号：S8516 文献标志码：C文章编号：1001-0769(2018)09-0051-04地球每年大约产生2 000亿t CO2，这意味着有相同数量的有机物被降解，其中30％被动植物利用而其他的70％被微生物降解。
一般来说，纤维素约占植物生物质干重的50％。
这些植物生物质是可供人类使用的燃料和材料的唯一可预见的可持续来源。
农业废弃物是木质纤维素生物质的主要来源，木质纤维素具有可再生、未开发且廉价的特点。
这些可再生资源来自玉米皮、玉米秸秆、甘蔗渣、稻草、稻壳、木本作物、森林残留物的叶子、茎和秸秆。
除此之外，它们还来自工业和农业生产中产生的木质纤维素废弃物，如柑橘皮、椰子生物质、木屑、纸浆、工业废料、城市纤维固体废物和造纸厂污泥。
此外，它们还可来自生物燃料专用能源作物，包括多年生牧草(如柳枝稷)和其他牧草饲料(如芒草、大象草、百慕达草等)。
大约70％的植物生物质被锁定在5-碳糖和6-碳糖中。
这些糖存在于木质纤维生物质中，木质纤维生物质主要由可被一种复杂的酶系统即纤维素酶(外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等)水解的木质素(由β-1,4糖苷键链接的葡萄糖同源聚合物)、少量的半纤维素(由戊糖D-木糖、达拉定糖和己糖D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖与糖酸组成的5-和6-碳糖的异源聚合物)和极少量的木质素(一种复杂的芳香族聚合物)组成。
在硬木中，半纤维素主要为木聚糖；而在软木中，半纤维素主要是葡甘露聚糖。
简单来说，木聚糖降解需要内切-1,4-β-木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-葡糖苷酸酶、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶以及乙酰木聚糖酯酶。
葡甘露聚糖的降解需要β-甘露聚糖酶和β-甘露糖苷酶切割其聚合物骨架。
有限的天然化石燃料储备正在以惊人的速度被文明世界消耗。
纤维素酶的结构与功能综述
不同的微生物产生的纤维素酶属于不同的类别，如隶属于丝状真菌的瑞氏木霉Trichoderma Reesei(红褐肉座菌Hypocrea jecorina的无性型)，其分泌的纤维素酶主要分布于GH5，GH6，GH7，GH12，GH45与GH61家族；放线菌中的褐色高温单孢菌Thermobifida fusca主要有来自GH5，GH6，GH9与GH48家族的相关纤维素酶基因；而好氧细菌中哈氏噬纤维菌Cytophaga hutchinsonii主要产生GH5与GH9家族的相关纤维素酶[8]；厌氧细菌中的热纤梭菌Clostridium thermocellum主要产生GH5，GH8，GH9与GH48家族的相关蛋白。同一家族具有相同的催化断键机制，同一族系，甚至不同族系都可能会具有相同的断键机制[9]。表2列出了部分主要纤维素酶家族的蛋白结构折叠类型、催化机制及其他主要信息。
研究生课程作业（综述）
题目：纤维素酶的结构与功能
食品学院食品工程专业
学号
学生姓名
课程食品酶学
指导教师
二〇一三年十二月
纤维素酶的结构与功能
摘要：人类的生命活动离不开酶，生物体的一切新陈代谢活动都离不开酶，并且工业酶产业正在迅速发展。本文简单阐述了酶的结构与功能，重点以纤维素酶为例子，阐述它的来源、结构、分类、催化机制以及在各行业的应用，并对纤维素酶的发展前景作了一定展望。
细菌纤维素
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纺织工业
• 在纺织工业中，细菌纤维素的结构特点和功能 特性，使之能代替或不各种常用的树脂用于无 纺布中作粘合剂，改善无纺布的强度、透气性、 亲水性及最终产品的手感等，所适用的纤维包 括当前广泛使用于无纺布的各类纤维，如尼龙、 聚酯、木材纤维、碳纤维及玱璃纤维等。
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细菌纤维制成的衣服
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造纸工业
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日本在造纸工业中，将醋酸菌纤维素加入纸浆，可提高纸 张强度和耐用性，同时解决了废纸回收再利用后，纸纤维强 度大为下降的问题。加细菌纤维于普通纸浆可造出高品质特 殊用纸。Ajinomoto公司不三菱公司合作开发用于流通货币 制造的特级纸，印制的美元质量好、抗水、强度高。用细菌 纤维改性的高级书写纸吸墨均匀性、附着性好。由于纳米级 超细纤维对物体极强的缠绕结合能力和拉力强度，使细菌纤 维机械匀浆后不各种相互丌亲和的有机、无机纤维材料混合 制造丌同形状用途的膜片、无纺布和纸张产品十分牢固。在 制造过滤吸附有毒气体的碳纤维板时，加入醋酸菌纤维素， 可提高碳纤维板的吸附容量，减少纸中填料的泄漏。
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细菌纤维素结构分析
图 4 细菌纤维素 的 X-射线衍射图
图 5 细菌纤维素的 CP/MAS 13C-NMR 谱
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细菌纤维素的常用培养方式
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细菌纤维素高产菌株的培育筛选
细菌纤维素的特性
• 可调控性。利用细菌纤维素生物合成时，可根据需要合成 各种功能材料。 • 高结晶度。细菌纤维素提纯过程简便，提纯出来的纤维素 极纯，无果胶、木质素和半纤维素等伴生物的产生。 • 高持水性。“孔道”结构使细菌纤维素具有极强的吸水性， 可吸收60～700倍于其干重的水分，因而利用细菌纤维素 的空间三维结构制备出来的医用敷料丌仅能保持伤口的干 燥，而且能吸收伤口渗出物，从而避免伤口感染。 • 高弹性模量和抗张强度。细菌纤维素由于纤维直径达到纳 米级别(10～lOOnm)，其杨氏模量可高达10MP，抗拉强度 高。 • 高抗撕性。细菌纤维素膜具有极佳的形状维持能力，其抗 撕性比聚氯乙烯膜和聚乙烯醇膜和要强5倍以上。 • 可降解性。细菌纤维素可在自然界中直接降解，环保无污 染。对环境起到很好的保护作用。
再生纤维素纤维的研究进展
再生纤维素纤维的研究进展再生纤维素纤维是一种由天然纤维素或废弃物转化而来的纤维素纤维，具有生物可降解、可再生、可循环利用等优势，被广泛应用于纺织、医疗、建筑等领域。
随着可持续发展理念的提倡和环境意识的增强，再生纤维素纤维的研究与应用进展迅速。
本文将对再生纤维素纤维的研究进展进行综述，主要包括原料选择、制备工艺和应用领域等方面。
其次，再生纤维素纤维的制备工艺也得到了相应的改进和发展。
常见的制备工艺包括溶液纺丝法、湿法纺丝法和熔融纺丝法等。
溶液纺丝是最常用的制备工艺之一，其通过将纤维素溶解于溶剂中，再通过纺丝成纤维的方法制备纤维。
目前，研究者们在改进溶剂的选择、调控溶胶浓度、加工条件等方面进行了大量探索，以提高纤维的力学性能和稳定性。
再次，再生纤维素纤维的应用领域日趋广泛。
在纺织领域，再生纤维素纤维的应用可以替代传统的合成纤维，减少对化石燃料和化学原料的依赖，降低纺织品的环境影响。
同时，再生纤维素纤维还具有良好的吸湿性、透气性和抗菌性能，能够提高纺织品的舒适性和健康性。
在医疗领域，再生纤维素纤维被广泛应用于医用敷料、生物材料等产品中，具有良好的生物相容性和降解性能。
此外，再生纤维素纤维还可以应用于建筑材料、食品包装等领域，具有良好的应用前景。
总结起来，再生纤维素纤维的研究进展得到了广泛关注和积极探索。
通过选择合适的原料、改进制备工艺和扩展应用领域等手段，再生纤维素纤维的可持续发展和应用前景逐渐明确。
然而，仍然存在一些挑战和问题，如纤维的力学性能和稳定性需要进一步提高，成本的降低和规模化生产等。
因此，在未来的研究中，需要进一步加强技术创新和工艺优化，以推动再生纤维素纤维的发展和应用。
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纤维素综述
简述：
微晶纤维素是天然纤维素的水解产物,外观呈白色或类白色,是一种晶形粉末产品,不溶于水,性质稳定,与主药不发生化学反应。
作为填充剂,适量用于处方中,可以使制得的颗粒较松散,均匀细小,结合性能好,同时,由于它吸水后能使片子迅速膨胀而崩解,因此,它又是一种良好的崩解剂。
近年来,作为一种新型辅料,微晶纤维素在片剂生产制造中的应用越来越广泛。
在近些年的新产品开发研制,原有产品处方的改进及不合格中间产品的再处理等方面,均在不同程度上使用了这一新型辅料,并收到了良好的效果。
用于新处方设计中由于微晶纤维素具有良好的结合性与崩解性,因此在开发研制新产品时,它是一种优先选用的辅料,微晶纤维的作用要强于其它类似辅料如淀粉、糊精等。
这在处方设计时,我们优先选用了微晶纤维素,经过数次处方调整与试验,当微晶纤维素在片中的含量达到0.025g/片时,生产出的片子结合很好,具有足够的硬度。
制法：
微晶纤维素可用稀无机酸溶液将α-纤维素控制水解制得，α-纤维素可从含纤维素植物的纤维浆制得。
水解后的纤维素经过滤、提纯、水浆喷雾干燥形成干的。
粒径分布广泛的多孔颗粒。
应用：
解决因工艺带来的问题有些产品的工艺是在迁就产品达到某些
指标情况下制定的,一旦工艺变化就会带来诸多问题。
例如新速效感冒片,在原处方基础上,为了保证其溶出度符合药典规定,在工艺上不得已将颗粒制得比正常的软一些,打片时打片机的压力也要尽量小一些,使得打出的片子硬度低。
在进行薄膜包装时,常常会造成很多碎片,使得成片率降低,为了提高成片率就必须提高片子的硬度。
要提高硬度,又不影响溶出度,就要改变原处方,这时微晶纤维素又是一个良好的优选辅料。
生产中,压力提高后,我们用一定量的微晶纤素取代了原处方中相应量的某些其它辅料,当其用量达到。
片时,收到了良好的效果。
片子的硬度由原来的提高至,同时其溶出度也很好,完全符合质量要求。
用于不合格中间体的再处理有时制出的片子鼓盖掉盖,裂片或崩解超限。
原因在于软材制得不实、颗粒不完整、颗粒太软、干燥程度不够、淀粉糊浓度过大或温度过高,都可以造成上述问题。
此外,有些经再处理才合格的原料,如乙酞螺旋霉素,其某些物理性质会发生变化,这也可以导致上述问题的产生。
处理方法中间体再处理时,其处理方法因产品的不同及成因不同也有所区别,微晶纤维素的用量也不一样。
乙酞螺旋霉素将制好的不合格的中间体颗粒过目筛,细粉按的比例加人微晶纤维素,混匀后加人适量的温淀粉糊制成软材,混实后再制粒,干燥整粒后再加人适量润滑剂,混匀,再投人到开始筛出的颗粒中大混、打片。
如为原料原因时,则在投料时直接用一定量的微晶纤维素取代相应量的淀粉投料。
每万片投料量用微晶纤维素。
交沙霉素、维生素、峡喃坦陡在实际生产中,交沙霉素、维生素容易出现软材制得不实,颗粒发散、结合不好的现象,峡喃坦睫易出现颗粒过硬、崩解
不好的现象,致使中间体不合格。
处理时根据不同的产品按不同的比例,同时还要考虑中间体不合格的程度,一般比例在范围内,适当加人微晶纤维素,实施补救,一般均可收到满意的结果。
具体操作为先从不合格中间体颗粒中用目或目筛选出适量细粉,将该粉与过目筛、给定量的微晶纤维素混合均匀,将该混合物重新投人到不合格中间体颗粒中,大混,打片。
由于微晶纤维素分子之间存在氢键,受压时氢键缔合,故具有高度的可压性,常被用作于猫合剂;压制的片剂遇到液体后,水分迅速进入含有微晶纤维素的片剂内部,氢键即刻断裂,所以可作为崩解剂"因此,它是片剂生产中广泛使用的一种辅料,能够提高片剂的硬度"例如.在制备利福平药片中可用MCC与淀粉(6.25:l质量比)和各种原料混合均匀后直接压片,产品在lmin内崩散成雾状.而且在有效期内含t不变,并能很好地提高药物稳定性"又如,由于加人微晶纤维素,醋酸泼尼松与醋酸黄连素(盐酸小劈碱)片剂的溶出度提高到80%以上"用微晶纤维素做辅料压片时不需经过传统的造粒过程,例如在制备咳必清药片中由于加人了MCC,解决了咳必清湿法造粒压片易吸潮而出现的严重猫冲现象,并且崩解迅速"微晶纤维素也可用作药品的缓释剂"缓释过程是由活性物质进人载体的多孔结构.活性物质被分子间氢键包含,干燥后活性物质被固定"活性物质释放时由于水在聚合物载体的毛细管系统内扩散引起润胀,载体经基和被固定的活性物质之间的化合键被破坏,活性物质缓慢地释放出来"微晶纤维素粉末在水中能形成稳定的分散体系,将其与药物配合可制成奶油状或悬浮状的药液,同时
还可用作胶囊剂"微晶纤维素在水中经强力搅拌生成凝胶,也可用于制造*状和悬浮液类型医药制剂"美国学者使用流化床凝集作用,以微晶纤维素及预糊化淀粉为填充剂与崩解剂,直接压成具优良生理有效性的扑热息痛片"英国专利指出,微晶纤维素与不溶性药物混合,可直接挤压出逐步释放药效的球形药丸"据相关文献报导,利用微晶纤维素吸附氯化甲基蔷薇苯胺水溶液来制造油膏,可防止褪色和抗菌性。
结论：
在片剂生产制造中,对改善片子的结合性、崩解性或溶出性,微晶纤维素是一种优选的辅助原料,性能优于同类的传统辅料,其应用面必将越来越大,用量亦将越来越高。